JP5033327B2

JP5033327B2 - 燃料電池熱電併給装置

Info

Publication number: JP5033327B2
Application number: JP2005363396A
Authority: JP
Inventors: 浩二進藤; 雅敏上田
Original assignee: Eneos Celltech Co Ltd
Current assignee: Eneos Celltech Co Ltd
Priority date: 2005-12-16
Filing date: 2005-12-16
Publication date: 2012-09-26
Anticipated expiration: 2025-12-16
Also published as: JP2007165243A

Description

この発明は、燃料電池の発電による給電系と、燃料電池の発熱と余剰電力とを熱源とする給熱系とを設けた熱電併給装置（この発明において、燃料電池熱電併給装置という）、すなわち、燃料電池コージェネレーション装置に関するものである。

こうした燃料電池熱電併給装置として、図４のような燃料電池熱電併給装置５００の構成（以下、第１従来技術という）が周知である。なお、以下に説明する各図において、二重線で示した箇所は、所要の流体の流路、例えば、管路であって、二重線の一方の線に付した矢印は、内部の流体の流動方向を示し、また、同一符号で示す箇所は、いずれかの図において説明する同一符号の箇所と同一の機能を有する箇所であり、さらに、◎印の箇所は、全体を制御する制御部（図示せず）の内部の制御機能を示すものである。

図４の燃料電池熱電併給装置５００において、燃料電池１１０は、燃料極側での発電のための反応に寄与する流体、すなわち、燃料系反応流体１１１として、例えば、水素を多量に含んだガス体を加湿した流体を供給するとともに、空気極側での発電のための反応に寄与する流体、すなわち、空気系反応流体１１２として、例えば、空気を加湿した流体を供給することにより、発電電力１１３を給電系１００に出力する。

給電系１００は、発電出力１１３を電圧変換部１２２によって、電力負荷１２５の電力種別に対応する交流電圧または直流電圧に変換した供給電圧１２２Ａを電力負荷１２５に供給する。電圧変換部１２２は、発電出力１１３を蓄電した蓄電池の直流電源によって動作させる場合もある。

電力負荷１２５は、例えば、燃料電池熱電併給装置５００が配置された施設や家庭などの自家用のほか、商用電源１２１に対する売電用などを対象としている。余剰電力検出部１２３は、供給電力１２２Ａの電力量が電力負荷１２５の電力量に対して余剰している電力量を検出する部分であって、余剰電力１２４を後記の給熱系２００の電気加熱部２２０に供給している。なお、電力負荷１２５に対して供給電力１２２Ａが不足する場合には、その不足分を商用電源１２１から補給するようにしている。

給熱系２００は、電池冷却部１１４によって得られる熱量を第１の熱源とし、電気加熱部２２０によって得られる熱量を第２の熱源として、貯湯部２３０を蓄熱部として蓄熱した熱量を給湯路２３２から熱負荷に供給している。熱負荷は、例えば、燃料電池熱電併給装置５００が配置された施設や家庭などの自家用の暖房用、浴場用、炊事用などを対象としている。

電池冷却水ポンプＰ１は、電池冷却水１１５を電池冷却部１１４と熱交換部２１０の一次側２１１とを結ぶ循環路１１６を循環させることにより、電池冷却水１１５が電池冷却部１１４を通る際に燃料電池１１０から回収した熱を熱交換部２１０の一次側２１１から熱交換器２１０の二次側２１２を通る加温水２３４に放熱させている。

つまり、電池冷却水１１５は、熱交換部２１０の一次側２１１における熱回収、放熱などの熱操作を行う流体、すなわち、一次側熱操作流体として、循環路１１６による一次側回路を、電池冷却水ポンプＰ１による一次側循環部によって循環している。

なお、電池冷却部１１４は、燃料電池１１０のみを冷却するように画いてあるが、必要に応じて、燃料電池１１０の動作に付随する機能部分、例えば、燃料系反応流体１１１を得るための処理部分などにおける加熱・発熱などを冷却する部分を含むものとすることができる。

貯湯部２３０は、例えば、外周全体に保温層を施した貯水槽であって、底部側から供給される補給水２３３を貯湯水２３１として貯えるとともに、底部側の貯湯水２３１を加温水２３４として循環路２３６に与え、加温水ポンプＰ２によって、熱交換器２１０の二次側２１２と、電気加熱部２２０とを通る循環路２３６を巡回させて熱回収することにより高温にした加温水２３４、すなわち、加熱加温水２３４Ａを、再び、貯湯水２３１として貯えている。

つまり、加温水２３４は、熱交換部２１０の二次側２１２と電気加熱器２２０における熱回収と貯湯部２３０内での放熱などの熱操作を行う流体、すなわち、二次側熱操作流体として、循環路２３６による二次側回路を、加温水ポンプＰ２による二次側循環部によって循環している。

なお、補給水２３３は、例えば、給湯路２３２から熱負荷に与えて放熱した戻り水、または、水道水であって、図示していないが、適宜の水量検出器によって補給水２３３の給水弁を制御することにより、貯湯水２３１の上面が給湯路２３２よりも高い位置になるように補給している。
また、貯湯部２３０が密閉加圧形の場合には、給湯路２３２から熱負荷に供給される量に応じて自動的に補給水２３３が供給される。

そして、加熱加温水２３４Ａの温度を温度検出器Ｔ３、例えば、半導体サーミスタによる温度検出器で検出した検出出力にもとづいて加温水ポンプＰ２の運転を制御することにより、循環路２３６を循環する加温水２３４の流量を制御して、加熱加温水２３４Ａの温度を所定の温度にするように制御、例えば、ＰＩＤ制御、すなわち、比例・積分・微分制御している。

上記の第１従来技術の構成に加えて、図５のように、貯湯部２３０の給湯路２３２よりも下方の位置の貯湯水２３１の温度を温度検出器Ｔ４、例えば、半導体サーミスタによる温度検出器で検出した検出出力にもとづいて、電気加熱部２２０に電力を供給することにより、熱負荷への給湯が大きく貯湯水２３１の温度が低下したときに、加熱加温水２３４Ａの温度を増加するように制御する構成を付加した燃料電池熱電併給装置５００の構成（以下、第２従来技術という）も周知である。

また、上記の第１従来技術または第２従来技術の構成に加えて、図６のように、一次側回路の循環路１１６における熱交換部２１０の一次側２１１の入口側と出口側とを側路する側路１１８に放熱部１１９を設けるとともに、側路１１６の一方の端と、循環路１１６との接続箇所に、流路切換部１１７、例えば、三方弁を設けておき、給熱系２００を動作させるときは、流路切換部１１７を図のような位置にして、電池冷却水１１５が熱交換部２１０の一次側２１１を通るように動作させ、給熱系２００を動作させないときは、流路切換部１１７を図の位置から１８０度回転させた位置にして、電池冷却水１１５が側路１１８の放熱部１１９を通るように熱交換部２１０の一次側２１１を通るように動作させる構成を付加した燃料電池熱電併給装置５００の構成（以下、第３従来技術という）も周知である。

なお、放熱部１１９は、電池冷却水１１５の熱を空気中に放熱するもので、例えば、燃料電池熱電併給装置５００が配置された施設や家庭などの自家用の暖房用としている。

さらに、上記の第１従来技術〜第３従来技術の構成における電気加熱部２２０に代えて、図６のように、貯湯部２３０内の貯湯水２３１を直接的に加熱するように構成した電気加熱部２２１を設けた燃料電池熱電併給装置５００の構成（以下、第４従来技術という）も周知である。

そして、上記の第１従来技術〜第４従来技術の構成における温度検出器Ｔ４に代えて、図６のように、貯湯部２３０の外部（保温層を除去した部分）に設けた温度検出器Ｔ４Ａを設けた燃料電池熱電併給装置５００の構成（以下、第５従来技術という）も周知である。

また、上記の第１従来技術〜第４従来技術の構成における循環路２３６に代えて、図６のように、貯湯部２３０の貯湯水２３１内を通る熱交換管２３５を設けるとともに、この熱交換管２３５も、循環路２３６に含めることにより、加温水２３４を貯湯水２３１とは別個の二次側熱操作流体として給熱動作させる間接加温形態の構成を設けた燃料電池熱電併給装置５００の構成（以下、第６従来技術という）も周知である。

なお、各部の動作は、数値的には、例えば、燃料電池１１０の動作温度は８０℃程度、電池冷却水１１５の冷却後の温度は７０℃程度、加熱加温水２３４Ａは６０℃程度、補給水２３３は２０℃程度、発電電力１１３は直流５０Ｖ程度または直流２００ＶＤＣ程度、供給電力１２２Ａは交流２００Ｖ程度になっている。
特許第３４０３６６７号公報この特許文献１は、上記の第１従来技術〜第３従来技術の構成を開示している。特開２００３−５６９０９号公報この特許文献２は、上記の第４従来技術〜第６従来技術の構成を開示している。

上記の第１従来技術〜第６従来技術の構成では、いずれも、一次側熱操作流体とする電池冷却水１１５を電池冷却水ポンプＰ１による一次側循環部によって、単に、循環しているのみなので、燃料電池１１０の動作状態の変化により内部の温度が不適切な状態で熱回収を行うことがあり、燃料電池１１０の発電動作に悪影響を与えて、給電系１００に対する動作効率を低下させてしまうなどの不都合がある。

また、上記の第１従来技術〜第６従来技術の構成では、いずれも、二次側熱操作流体とする加温水２３４の循環を、温度検出器Ｔ３による加熱加温水２３４Ａの温度または温度検出器Ｔ４Ａによる貯湯水２３１の温度にもとづく加温却水ポンプＰ２の制御のみで行っているので、上記の不都合と同様の不都合のほか、余剰電力量の急激な変化に対して安定した温度制御ができないなどの不都合があるため、こうした不都合の無い燃料電池熱電併給装置５００の提供が望まれているという課題がある。

この発明の燃料電池熱電併給装置は、
燃料電池の発電電力にもとづく供給電力を電力負荷に供給する給電系と、
前記燃料電池の発熱を冷却させる、燃料電池内の冷却部と、この冷却部に連通し、前記燃料電池から回収した熱の放出を行う、熱交換部の一部である一次側とを備え、熱交換部の一次側及び冷却部を経由するように電池冷却水が循環する一次側回路と、
前記燃料電池から回収した熱を、前記一次側を通過する電池冷却水から受け取ることで加温される加温水が通過する、前記熱交換部の一部である二次側と、この熱交換部の二次側で加温された前記加温水を前記供給電力の余剰電力により加熱させて加熱加温水を生成する電気加熱部とを備え、これら熱交換部の二次側及び電気加熱部を経由するように循環して得られる加熱加温水を熱負荷に供給する二次側回路と
を設けた給熱系と、
前記給電系の一次側回路に電池冷却水を循環させる一次側循環部と、
前記給熱系の二次側回路に加温水を循環させる二次側循環部と、
を有する燃料電池熱電併給装置であって、
前記熱交換部は、
一次側回路の一部を構成する前記一次側と、二次側回路の一部を構成する前記二次側とを備えるとともに、
前記一次側は前記二次側の内部に貫通状態で設けられ、
前記二次側回路において前記熱交換部の二次側を側路する側路部分に、前記加温水を側流する側流部を設け、
前記側流部の通過流量を、電気加熱部直後の加熱加温水の温度にもとづいて前記側流部に設けたバルブで制御する加温水側流量制御手段を具備し、
前記加温水側流量制御手段は、側路部分を流れる加温水の前記バルブ通過流量を調整することで、電気加熱部を通過後の加熱加温水の温度を一定に保持した状態で回収して貯湯部に貯湯させるように構成した、
第１の構成と、

上記の第１の構成に付加して、
前記一次側回路の前記冷却水の循環量を、前記冷却部の入口側における前記冷却水の温度と、前記冷却部の出口側における前記冷却水の温度との温度差にもとづいて制御する冷却水循環量制御手段を具備する
第２の構成と、

上記の第１又は第２の構成に付加して、
前記二次側回路の前記加温水の循環量を、前記冷却部の入口側または出口側における冷却水の温度と、前記余剰電力の余剰量にもとづいて制御する加温水循環量制御手段を具備する第３の構成とより、上記の課題を解決したものである。

この発明によれば、上記のように、一次側回路の冷却水の循環量を、冷却部の入口側と出口側とにおける冷却水の温度差にもとづいて制御しているため、燃料電池内部の温度バランスを崩すことなく、発熱などの変化に対応した熱回収が行われるので、系の動作効率を向上できるほか、燃料電池の発電動作を安定させて、給電系１００に対する動作効率に悪影響を与えなくなるという効果が得られる。

また、上記のように、二次側回路の加温水の循環量を冷却部の入口側または出口側の冷却水温度による制御に、電気加熱部に与えている余剰電力量による制御を組み合わせているため、上記の効果と同様の効果が得られるほか、二次側回路の熱交換器の二次側を側路する側路部分に側流する加熱加温水の温度による制御と、上記の余剰電力量による制御を組み合わせて制御しているため、余剰電力の変化に迅速に対応できるため、給熱系の温度制御の安定性および動作効率を向上できる効果が得られるなどの特長がある。

この発明を実施するための最良の形態とする構成を以下の実施例１などによって説明する。

以下、図１により実施例１を説明する。なお、この実施例1はこの発明を図４の第１従来技術の構成に適用して構成したものであり、図４の第１従来技術の構成と異なる箇所は次の箇所である。
なお、各部の動作は、数値的には、上記の従来技術と同様に、例えば、燃料電池１１０の動作温度は８０℃程度、電池冷却水１１５の冷却後の温度は７０℃程度、加熱加温水２３４Ａは６０℃程度、補給水２３３は２０℃程度、発電電力１１３は直流５０Ｖ程度または直流２００ＶＤＣ程度、供給電力１２２Ａは交流２００Ｖ程度になるように構成してある。

まず、第１には、一次側回路、すなわち、循環路１１６側において、電池冷却部１１４の入口側と出口側とに、それぞれ、温度検出器Ｔ１・温度検出器Ｔ２、例えば、半導体サーミスタによる温度検出器を設けるとともに、電池冷却ポンプＰ1による電池冷却水１１５の循環量、すなわち、一次側循環部による電池冷却水１１５の循環量を、Ｔ1とＴ２との各温度値の温度差にもとづいた制御２５３、例えば、温度検出器Ｔ１の温度値と温度検出器Ｔ２の温度値の温度差が１０℃程度になるように、ＰＩＤ制御を行うように構成した箇所である。

第２には、二次側回路、すなわち、循環路２３６側において、加温水ポンプＰ２による加温水２３４の循環量、すなわち、二次側循環部による加温水２３４の循環量を、上記の温度検出器Ｔ１の温度値にもとづいた制御、例えば、上記の温度検出器Ｔ１の温度値が７０℃程度になるようにフィードバック制御し、余剰電力検出部１２３で検出した余剰電力の余剰量、すなわち、余剰量Ｅ１にもとづいた制御量を加算して制御を行うように構成した箇所である。
なお、上記の温度検出器Ｔ１の温度値に代えて、上記の温度検出器Ｔ２の温度値を用いる場合には、もとづいた制御、例えば、上記の温度検出器Ｔ１の温度値が８０℃程度になるように温度検出器Ｔ１の温度値が８０℃程度になるようにフィードバック制御することになる。

第３には、二次側回路、すなわち、循環路２３６側において、熱交換部２１０の二次側２１２の入口側の流路と出口側の流路とに接続して二次側２１２の流路を側路する側路部分２４１を設けるとともに、この側路部分２４１に、加温水２３４を側路して流す（この発明において、側流という）流量を可変するための側流部Ｖ１、例えば、流量制御弁を設けた箇所である。

第４には、側流部Ｖ１による側流量を、温度検出器Ｔ３によって検出した加熱加温水２３４Ａの温度と、余剰電力の余剰量Ｅ１とにもとづく所定の制御２５５、例えば、温度検出器Ｔ３の温度値が６０℃程度になるように、温度検出器Ｔ３の温度値にもとづいてフィードバック制御を行い、余剰量Ｅ１にもとづいた制御量を加算して制御を行うように構成した箇所である。
なお、側流部Ｖ１を開閉弁で構成しておき、開閉時間を制御することにより、側流の流量を制御するように構成することもできる。

第５には、電気加熱部２２０に供給する余剰電力１２４を、余剰電力検出部１２３で検出した余剰量Ｅ１にもとづいて制御２５６を行うように構成した箇所である。

ここで、制御２５３〜２５６は、１つの制御部（図示せず）、例えば、ＣＰＵにより制御処理を行なう制御部が行なう所定の制御機能を分かり易く、分散して画いたものであり、例えば、図２の制御処理フローのような処理ステップによって処理を行うように構成してある。なお、制御処理に要する基準値などのデータは、予め、ＣＰＵに付属するデータ用メモリに記憶してある。

以下、図２の制御処理フローについて説明する。この制御処理フローは、例えば、装置全体の制御処理を行うメイン処理フローのサブルーチンとして構成されており、所定のステップごとに、図２の制御処理フローに移行してくる。

図２において、
◆ステップＳＰ１では、制御部の作業メモリに記憶されている「運転データ」を取りこんで、次のステップＳＰ２に移行する。

◆ステップＳＰ２では、「運転データ」が「併給運転」、すなわち、給電系１００と、給熱系２００とを同時に動作させる運転状態になっているか否かを判別する。「併給運転」になっているときは、次のステップＳＰ３に移行し、そうでないときは、メイン処理フローの所定のステップ箇所に移行する。

◆ステップＳＰ３では、温度検出器Ｔ１・温度検出器Ｔ２の各検出データ、すなわち、各温度値のデータを取り込んで、次のステップＳＰ４に移行する。

◆ステップＳＰ４では、温度検出器Ｔ１の温度値のデータと温度検出器Ｔ２の温度値のデータとの「差の値」、すなわち、「温度差」が所定の「規定値」、例えば、データメモリから読み出した「１０℃」になっているか否かを判別する。「規定値」になっているときは、ステップＳＰ６に移行し、そうでないときは、次のステップＳＰステップ５に移行する。

◆ステップＳＰ５では、電池冷却水ポンプＰ1を所定の制御２５３、例えば、「温度差」が所定の「規定値」になるように、ＰＩＤ制御を行って、次のステップＳＰ６に移行する。
◆ステップＳＰ６では、余剰量Ｅ１のデータを取り込んで、次のステップＳＰ７に移行する。

◆ステップＳＰ７では、「余剰量Ｅ１」のデータが「余剰量有り」のデータになっているか否かを判別する。「余剰量有り」になっているときは、次のステップＳＰステップ８に移行し、そうでないときは、ステップＳＰ９に移行する。

◆ステップＳＰ８では、電気加熱部２２０に与える電力量、すなわち、「余剰Ｅ１」を、商用電源１２１に対する出力がゼロになるような「余剰量Ｅ１」に調整する制御２５６を行って、次のステップＳＰ９に移行する。
◆ステップＳＰ９では、温度検出器Ｔ１または温度検出器Ｔ２の温度値のデータと、余剰量Ｅ１のデータとを取り込んで、次のステップＳＰ１０に移行する。

◆ステップＳＰ１０では、温度検出器Ｔ１または温度検出器Ｔ２の温度値のデータが「規定値」、例えば、温度検出器Ｔ１の場合には、データメモリから読み出した「７０℃」になっているか否かを、また、温度検出器Ｔ２の場合には、データメモリから読み出した「８０℃」になっているか否かを判別する。「規定値」になっているときはステップＳＰ１２に移行し、そうでないときは、次のステップＳＰ１１に移行する。

◆ステップＳＰ１１では、温度検出器Ｔ１の温度値のデータと、余剰量Ｅ１のデータとにもとづいて加温水ポンプＰ２を、所定の制御２５４、例えば、温度検出器Ｔ１の場合には、温度値がデータメモリから読み出した「７０℃」になるように、また、温度検出器Ｔ２の場合には、温度値がデータメモリから読み出した「８０℃」になるように、ポンプ出力をフィードバック制御し、それに対して、余剰量Ｅ１に応じたポンプ出力を加算する制御を行って、次のステップＳＰ１２に移行する。
◆ステップＳＰ１２では、温度検出器Ｔ３の温度値のデータと、余剰量Ｅ１のデータとを取り込んで、次のステップＳＰ１３に移行する。

◆ステップＳＰ１３では、温度検出器Ｔ３の検出データが「規定値」、例えば、データメモリから読み出した「６０℃」になっているか否かを判別する。「規定値」になっているときは、その制御状態を維持するようにして、メイン処理フローの所定のステップ箇所に移行し、そうでないときは、次のステップＳＰ１４に移行する。

◆ステップＳＰ１４では、温度検出器Ｔ３の温度値のデータにもとづいて側流部Ｖ１を、所定の制御２５５、例えば、温度検出器Ｔ３の温度値のデータが「６０℃」になるように、側流部Ｖ１の流量をフィードバック制御し、それに対して、余剰量Ｅ１に応じた流量を加算する制御を行って、メイン処理フローの所定のステップ箇所に移行する。

なお、上記の図２による制御処理フローによる制御２５３〜制御２５６の順序は、当該部分の制御速度の遅速に合わせて、順序を入れ換えて構成することができる。

そして、この実施例1の構成による温度制御ループは、燃料電池冷却水入口温度、すなわち、温度検出器Ｔ１の温度に対する制御体系として整理すると、図３のような構成になっている。なお、同図において、「スケジュール制御」の部分は、図２のステップＳＰ１１・ＳＰ１４における「余剰量Ｅ１に応じた量を加算する制御」を行う部分に相当するものである。

つまり、上記の実施例１の構成は、概括的には、第１には、
燃料電池１１０の発電電力１１３にもとづく供給電力１２２Ａを電力負荷１２５に供給する給電系１００と、上記の燃料電池１００の発熱を冷却する冷却部１１４に流通する冷却水１１５を熱交換部２１０の一次側２１１に循環する一次側回路、例えば、循環路１１６と、加温水２３４を上記の熱交換部２１０の二次側２１１と上記の供給電力１２２Ａの余剰電力１２４による電気加熱部２２０とに循環して得られる加熱加温水２３４Ａを、例えば、給湯路２３２から熱負荷に供給する二次側回路、例えば、循環路２３６とを設けた給熱系２００とを有する燃料電池熱電併給装置５００において、
上記の一次側回路１１６の上記の冷却水１１５の循環量を、上記の冷却部１１４の入口側における上記の冷却水１１５の温度、例えば、温度検出器Ｔ１による温度と、上記の冷却部１１４の出口側における上記の冷却水１１５の温度、例えば、温度検出器Ｔ２による温度との温度差にもとづく所定の制御２５３により制御、例えば、温度差の値が所定値の「１０℃」になるように、電池冷却水ポンプＰ１をＰＩＤ制御する冷却水循環量制御手段
を設けた上記の第１の構成を構成していることになるものである。

第２には、
上記の第１の構成と同様の燃料電池熱電併給装置５００において、
上記の二次側回路、例えば、循環路２３６の上記の加温水２３４の循環量を、上記の冷却部１１４の入口側における上記の冷却水１１５の温度、例えば、例えば、温度検出器Ｔ１または温度検出器Ｔ２による温度と、上記の余剰電力１２４の余剰量Ｅ１とにもとづく所定の制御２５４により制御、例えば、温度検出器Ｔ１の温度値が「７０℃」になるように、または、温度検出器Ｔ２の温度値が「８０℃」になるように、加温水ポンプＰ２をフィードバック制御したポンプ出力に、余剰量Ｅ１のデータにもとづくポンプ出力を加算するように制御する加温水循環量制御手段
を設けた上記の第２の構成を構成していることになるものである。

第３には、
上記の第１の構成に付加して、
上記の第２の構成と同様の加温水循環量制御手段
を設けた上記の第３の構成を構成していることになるものである。

第４には、
上記の第１の構成と同様の燃料電池熱電併給装置５００において、
上記の二次側回路、例えば、循環路２３６における上記の熱交換器２１０の二次側２１２を側路する側路部分２４１に上記の加温水２３４を側流する側流部Ｖ１を設けるとともに、上記の側流部Ｖ１の流量を上記の加熱加温水２３４Ａの温度と、上記の余剰電力の余剰量Ｅ１とにもとづいて制御２５５、例えば、温度検出器Ｔ３の温度値のデータが「６０℃」になるように、側流部２４１をフィードバック制御したバルブ制御量に、余剰量Ｅ１のデータにもとづくバルブ制御量を加算するように制御する加温水循環量制御手段
を設けた上記の第４の構成を構成していることになるものである。

そして、第５には、
上記の第１の構成または第２の構成に付加して、
上記の第４の構成と同様の加温水側流制御手段
を設けた上記の第５の構成を構成していることになるものである。

〔変形実施〕
この発明は次のように変形して実施することを含むものである。
（１）上記第１の構成〜第６の構成を第１従来技術〜第５従来技術の構成に適用して構成する。
（２）◎印で示した各制御を、全体を制御する制御部で行わず、制御の機能別に別個の制御部で構成し、または、ＣＰＵによる制御部によらず、個別の比較器・制御器などによって構成する。

上記のように、この発明は、燃料電池熱電併給装置における給熱系の動作効率を向上、燃料電池の発電動作の安定が得られるという効果があるので、燃料電池熱電併給装置を設置した工場施設や燃料電池自動車に適用して構成することより、同様の効果を発揮し得るものである。

図１〜図３は、この発明の実施例を、また、図４〜図６は従来技術を示し、各図の内容は次のとおりである。
実施例１の全体ブロック構成図実施例1の要部制御処理フロー図実施例１の要部温度制御ループ構成図第１従来技術の全体ブロック構成図第２従来技術の全体ブロック構成図第３従来技術〜第５従来技術の全体ブロック構成図

符号の説明

１００給電系
１１０燃料電池
１１１燃料系反応流体
１１２空気系反応流体
１１３発電電力
１１４電池冷却部
１１５電池冷却水（一次側熱操作流体）
１１６循環路（一次側回路）
１１７流路切換部
１１８側路
１１９放熱部
１２１商用電源
１２２電圧変換部
１２２Ａ供給電力
１２３余剰電力検出部
１２４余剰電力
１２５電力負荷
２００給熱系
２１０熱交換部
２１１一次側
２１２二次側
２２０電気加熱部
２２１電気加熱部
２３０貯湯部（蓄熱部）
２３１貯湯水（蓄熱材）
２３２給湯路（熱負荷）
２３３補給水
２３４加温水（二次側熱操作流体）
２３４Ａ加熱加温水
２３５熱交換管
２３６循環路（二次回路）
２４１側路部分
２５１制御
２５２制御
２５３制御（温度差ＰＩＤ）
２５４制御
２５５制御
２５６制御
５００燃料電池熱電併給装置
Ｐ１電池冷却水ポンプ（一次側準幹部）
Ｐ２加温水ポンプ（二次側準幹部）
Ｔ１温度検出
Ｔ２温度検出
Ｔ３温度検出
Ｔ４温度検出
Ｔ４Ａ温度検出
Ｖ１側流部

Claims

燃料電池（１１０）の発電電力にもとづく供給電力を電力負荷に供給する給電系（１００）と、
前記燃料電池（１１０）の発熱を冷却させる、燃料電池（１１０）内の冷却部（１１４）と、この冷却部（１１４）に連通し、前記燃料電池（１１０）から回収した熱の放出を行う、熱交換部（２１０）の一部である一次側（２１１）とを備え、熱交換部（２１０）の一次側（２１１）及び冷却部（１１４）を経由するように電池冷却水（１１５）が循環する一次側回路（１１６）と、
前記燃料電池（１１０）から回収した熱を、前記一次側（２１１）を通過する電池冷却水（１１５）から受け取ることで加温される加温水（２３４）が通過する、前記熱交換部（２１０）の一部である二次側（２１２）と、この熱交換部（２１０）の二次側（２１２）で加温された前記加温水（２３４）を前記供給電力の余剰電力により加熱させて加熱加温水（２３４Ａ）を生成する電気加熱部（２２０）とを備え、これら熱交換部（２１０）の二次側（２１２）及び電気加熱部（２２０）を経由するように循環して得られる加熱加温水（２３４Ａ）を熱負荷に供給する二次側回路（２３６）と
を設けた給熱系（２００）と、
前記給電系（１００）の一次側回路（１１６）に電池冷却水（１１５）を循環させる一次側循環部（Ｐ１）と、
前記給熱系（２００）の二次側回路（２３６）に加温水（２３４）を循環させる二次側循環部（Ｐ２）と、
を有する燃料電池熱電併給装置であって、
前記熱交換部（２１０）は、
一次側回路（１１６）の一部を構成する前記一次側（２１１）と、二次側回路（２３６）の一部を構成する前記二次側（２１２）とを備えるとともに、
前記一次側（２１１）は前記二次側（２１２）の内部に貫通状態で設けられ、
前記二次側回路（２３６）において前記熱交換部（２１０）の二次側（２１２）を側路する側路部分（２４１）に、前記加温水（２３４）を側流する側流部（Ｖ１）を設け、
前記側流部（Ｖ１）の通過流量を、電気加熱部（２２０）直後の加熱加温水（２３４Ａ）の温度（Ｔ３）にもとづいて前記側流部（Ｖ１）に設けたバルブで制御する加温水側流量制御手段（２５５）を具備し、
前記加温水側流量制御手段（２５５）は、側路部分（２４１）を流れる加温水（２３４）の前記バルブ通過流量を調整することで、電気加熱部（２２０）を通過後の加熱加温水（２３４Ａ）の温度を一定に保持した状態で回収して貯湯部（２３０）に貯湯させるように構成した、
ことを特徴とする燃料電池熱電併給装置。
前記一次側回路（１１６）の前記冷却水の循環量を、前記冷却部（１１４）の入口側における前記冷却水の温度と、前記冷却部（１１４）の出口側における前記冷却水の温度との温度差にもとづいて制御する冷却水循環量制御手段（２５３）を具備する
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池熱電併給装置。
前記二次側回路（２３６）の前記加温水（２３４）の循環量を、前記冷却部（１１４）の入口側または出口側における冷却水（１１５）の温度と、前記余剰電力の余剰量にもとづいて制御する加温水循環量制御手段（２５４）を具備する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池熱電併給装置。